《快速成型基本资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《快速成型基本资料（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、快速成型快速成型技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的 一项关键共性技术 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的 推动作用。自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一 个新兴的技术领域。旺日录技术简介技术的优越性显而易见具体是如何成形出来的呢？系统的基本工作原理应用技术的重要意义技术简介技术的优越性显而易见具体是如何成形出来的呢？系统的基本工作原理应用技术的重要意义技术简介快速原型制造技术，乂叫快速成形技术，(简称技术)；技术是在现代技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发
2、展起来的。 不同种类的快速成型系统因所用 成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那 就是 分层制造，逐层叠加 ， 类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系 统就像是一台 立体打印机 。技术的优越性显而易见它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受 产品设计()数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。因此，技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。由传统的去除法 到今天的 增长法，由有模制造到无模制造，这就是技术对制造业产生的革命性意义。具体是如何成形出来的呢？形象地比喻：快速成形系统相当于一台立体打印机 。它可
3、以在没有任何刀具、模具及工装卡具的情况下，快速直接地实现零件的单件生产。根据零件的复杂程度，这个过程一般需要 天的时间。换句话说，技术是一项快速直接地制造单件零件的技术。系统的基本工作原理系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截 面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。当然，整个过程 是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。不同公司制造的系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是分层制造、逐层叠加 。这种工艺可以形象地叫做 增长法 或 加法。每个截面数据相当于医学上的一张像片；整个制造过程可以比喻为一个积
4、分的过程。技术是在现代技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。技术的基本原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光 敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形 成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层 堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。自美国 公司年推出第一台商品快速成形机以来，已经有十几种不同的成形系统，其中比较成熟的有、 和等方法。其成形原
5、理分别介绍如下：（光固化成型法）快速成形系统的原理的缩写即立体光固化成型法用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面使之由点到线由线到面顺序凝固 完成一个层面的绘图作业 然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度 再固化另一个层面这样层层叠加构成一个三维实体推出的的优势光固化成型法是最早出现的快速原型制造工艺成熟度高 经过时间的检验由 数字模型直接制成原型 加工速度快 产品生产周期短 无需 切削工具与模具可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具使 数字模型直观化降低错误修复的成本为实验提供试样 可以对计算机仿真计算的结果进行验证与校核可联机操作可远程控制利于生产的自动化的缺憾系统造价
6、高昂使用和维护成本过高系统是要对液体进行操作的精密设备对工作环境要求苛刻成型件多为树脂类强度 刚度 耐热性有限不利于长时间保存预处理软件与驱动软件运算量大与加工效果关联性太高软件系统操作复杂入门困难使用的文件格式不为广大设计人员熟悉立体光固化成型技术被单一公司所垄断的发展趋势与前景立体光固化成型法的的发展趋势是高速化节能环保与微型化不断提高的加工精度使之有最先可能在生物医药微电子等领域大有作为（激光选区烧结法）快速成形系统的原理选择性激光烧结以下简称技术最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的于年在其硕士论文中提出的。后美国 公司于年推出了该工艺的商业化生产设备。几十年来，奥斯汀分校和公司在领域做
7、了大量的研究工作，在设备研制和工艺、材料开发上取得了丰硕成果。德国的公司在这一领域也做了很多研究工作，并开发了相应的系列成型设备。国内也有多家单位进行的相关研究工作，如华中科技大学、南京航空航天大学、西北工业大学、中北大学和北京隆源自动成型有限公司等，也取得了许多重大 成果，如南京航空航天大学研制的型激光烧结快速成型系统、北京隆源自动成型有限公司开发的一激光快速成型的商品化设备。选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末， 并使烧结成型的固化层 层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。技术的快速成型系统工作原理见图 。整个工艺装置由粉末
8、缸和成型缸组成，工作时粉末缸活塞送粉活塞 上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞工作活塞上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。最后，将未烧结的粉末回收 到粉末缸中，并取出成型件。对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加 热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。与其它快速成型方法相比，最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。从理论上说，任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可
9、以作为的成型材料。目前，可成功进行成型加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。由于成型材料品种多、用料节省、成型件性能分布广泛、适合多种用途以及无需设计和制造复杂的支撑系统，所以的应用越来越广泛。技术的金属粉末烧结方法金属粉末和粘结剂混合烧结首先将金属粉末和某种粘结剂按一定比例混合均匀，用激光束对混合粉末进行选择性扫描，激光的作用使混合粉末中的粘结剂熔化并将金属粉末粘结在一起，形成金 属零件的坯体。再将金属零件坯体进行适当的后处理，如进行二次烧结来进一步提高 金属零件的强度和其它力学性能。这种工艺方法较为成熟，已经能够制造出金属零件， 并在实际中得到使用。南京航空航天大学
10、用金属粉末作基体材料铁粉，加人适量的枯结剂，烧结成形得到原型件，然后进行后续处理，包括烧失粘结剂、高温焙烧、 金属熔渗 如渗铜 等工序，最终制造出电火花加工电极见图。并用此电极在电火花机床上加工出三维模具型腔见图 。金属粉末激光烧结激光直接烧结金属粉末制造零件工艺还不十分成熟，目前研究较多的是两种金属粉末混合烧结，其中一种熔点较低，另一种较高。激光烧结将低熔点的粉末熔化，熔 化的金属将高熔点金属粉末粘结在一起。由于烧结好的零件强度较低，需要经过后处 理才能达到较高的强度。美国大学分校进行了没有聚合物粘结剂的金属粉末如青铜镍粉复合粉末的成形研究，并成功地制造出金属零件。近年来，他们对单一金属粉末
11、激光烧结成形进行了研究，成功地 制造了用于 战斗机和导弹的工超合金和合金的金属零件。美国航空材料公司已成功研究开发了先进的钦合金构件的激 光快速成形技术。目前，中国科学院金属所和西北工业大学等单位正致力于高熔点金 属的激光快速成形研究，南京航空航天大学也在这方面进行了研究，用基合金混铜粉进行烧结成形的试验，成功地制造出具有较大角度的倒锥形状的金属零件见图O金属粉末压坯烧结金属粉末压坯烧结是将高低熔点的两种金属粉末预压成薄片坯料，用适当的工艺参数进行激光烧结，低熔点的金属熔化，流人到高熔点的颗粒孔隙之间，使得高熔点 的粉末颗粒重新排列，得到致密度很高的试样。吉林大学郭作兴等用此方法对等合金进行试
12、验研究，发现压坯激光烧结具有与常规烧结完全不同的致 密化现象，激光烧结后的组织随冷却方式而异，空冷得到细珠光体，淬火后得到马氏 体和粒状。技术金属粉末成型存在的问题技术是非常年轻的一个制造领域，在许多方面还不够完善，如目前制造的 三维零件普遍存在强度不高、精度较低及表面质量较差等问题。工艺过程中涉及到很多参数 如材料的物理与化学性质、激光参数和烧结工艺参数等，这些参数影响着烧结过程、成型精度和质量。零件在成型过程中，由于各种材料因素、工艺因 素等的影响，会使烧结件产生各种冶金缺陷如裂纹、变形、气孔、组织不均匀等 。粉末材料的影响粉末材料的物理特性，如粉末粒度、密度、热膨胀系数以及流动性等对零件
13、中缺 陷形成具有重要的影响。粉末粒度和密度不仅影响成型件中缺陷的形成，还对成型件 的精度和粗糙度有着显著的影响。粉末的膨胀和凝固机制对烧结过程的影响可导致成 型件孔隙增加和抗拉强度降低。工艺参数的影响激光和烧结工艺参数，如激光功率、扫描速度和方向及间距、烧结温度、烧结时 间以及层厚度等对层与层之间的粘接、烧结体的收缩变形、翘曲变形甚至开裂都会产 生影响。上述各种参数在成型过程中往往是相互影响的，如等研究表明降低扫描速度和扫描间距或增大激光功率可减小表面粗糙度，但扫描间距的减小会导致翘曲趋向增大。因此，在进行最优化设计时就需要从总体上考虑各参数的优化，以得到对成型件 质量的改善最为有效的参数组。
14、日前制造出来的零件普遍存在着致密度、强度及精度 较低、机械性能和热学性能不能满足使用要求等一些问题。这些成型件不能作为功能 性零件直接使用，需要进行后处理如热等静压、液相烧结、高温烧结及熔浸 后才能投人实际使用。此外，还需注意的是，由于金属粉末的温度较高，为了防止金属粉末氧化，烧结时必须将金属粉末封闭在充有保护气体的容器中。总结与展望快速成型技术中，金属粉末技术是近年来人们研究的一个热点。实现使用高熔点金属直接烧结成型零件，对用传统切削加工方法难以制造出高强度零件，对快 速成型技术更广泛的应用具有特别重要的意义。展望未来，形技术在金属材料领域中研究方向应该是单元体系金属零件烧结成型，多元合金材
15、料零件的烧结成型， 先进金属材料如金属纳米材料，非品态金属合金等的激光烧结成型等，尤其适合于硬 质合金材料微型元件的成型。此外，根据零件的具体功能及经济要求来烧结形成具有 功能梯度和结构梯度的零件。我们相信，随着人们对激光烧结金属粉末成型机理的掌 握，对各种金属材料最佳烧结参数的获得，以及专用的快速成型材料的出现， 技术的研究和引用必将进入一个新的境界。（叠层实体制造法）快速成形系统的原理成形材料：涂敷有热敏胶的纤维纸；制件性能：相当于高级木材；主要用途：快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。（熔融沉积法）快速成形系统的原理成形材料：固体丝状工程塑料；制件性能：相当于工程塑料或蜡模；主要用途：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。编辑本段应用技术的重要意义大大缩短新产品研制周期，确保新产品上市时间；使模型或模具的制造时间缩短数倍甚至数十倍；提高了制造复杂零件的能力；使复杂模型的直接制造成为可能；显著提高新产品投产的一次成功率；可以及时发现产品设计的错误，做到早找错、早更改，避免
